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Vorrichtung zum selbsttätigen Laden von Sammlerzellen Es gibt schon
verschiedene Arten von Vorrichtungen, die den Strom einer Wechselstromquelle zur
Ladung einer Akkutnulatorenbatterie gleichrichten und zu gleicher Zeit steuern.
Die meisten dieser Vorrichtungen bestehen aus einem Ouecksilberdampfgleichrichter
mit einer Kathode und einer Anode, die in einem luftleeren Gefäß eingebaut sind.
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Die Erfindung betrifft eine Ladeüberwachungsvorrichtung von Akkumulatorenbatterien,
z. B. für Radiozwecke, --mit der die Spannung der Akkumulatorenbatterie innerhalb
eng begrenzter Werte leicht aufrechterhalten werden kann.
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Es ist bekannt, daß bei einem Quecksilberdampfgleichrichter der Stromübergang
zwischen seiner Kathode und Anode erst dann eingeleitet wird, wenn die effektive
Spannung des Raumes um die Kathode herum einem Teile der Kathode gegenüber positiv
ist. Besitzt der Ouecksilberdampfgleichrichter eine Gitter- oder Steuerelektrode,
dann kann die effektive Spannung durch eine geeignete Vorrichtung fast gänzlich
unabhängig von dem Gitterpotential gemacht werden. Daher ist das Kennzeichen für
den Stromübergang zwischen der Kathode und Anode eines derartigen Gleichrichters;
daß das Gitterpotential einem Teil der Kathode gegenüber positiv «-erden muß. Bei
gewöhnlichem Betriebe bringen positive Ionen den Stromübergang zwischen der Kathode
und Anode eines Ouecksilberdampfgleichrichters zustande. Diese Ionen bewegen sich
äußerst schnell durch das luftleer gemachte Gefäß und bilden einen isolierenden
Schutz tun das Gitter. Dieses ist dann nicht mehr in der Lage, den Anodenstrom irgendwie
zu beeinflussen oder zu unterbrechen. Da dieser Strom notwendigerweise am Ende jeder
Halbperiode unterbrochen wird, ist die Steuerung des Anodenstroms durch das Gitter
bereits zweimal während jeder Vollperiode -der Anodenspannung gesichert. Unter diesen
Umständen ist der Anodenstrom vergleichsweise groß, wenn das Gitterpotential in
jeder Halbperiode der Anodenspannung frühzeitig= einem Teil der Kathode gegenüber
positiv wird. Die Größe des Anodenstromes wird nach und nach in demselben Maße verringert
wie die Zeit, in der das Gitter immer später und später in jeder -Halbperiode positiv
geladen wird.
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Diese Eigenschaft . von derartig ausgebildeten Quecksilberdampfgleichrichtern
wird gemäß der Erfindung dazu benutzt,, uni Akkumulatorenbatterien aufzuladen. Denn
der Ladestrom kann hiermit sofort eingeleitet und nach und nach in seiner Größe
vermindert-werdeiz; wenn die Batteriespannung ansteigt;
weiterhin
kann er bei einer Spannung unterbrochen werden, die etwas höher als die normale
Batteriespannung liegt. Erfindungsgemäß erzielt man dies dadurch, daß man den Ladestrom
durch einen Quecksilberdampfgleichrichter liefert, der mit einem Gitter ausgerüstet
ist, das auf ein von der Batteriespannung abhängiges Potential aufgeladen wird.
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Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens.
Die Abb. i und 2 stellen Ladeschaltungen nach vorliegender Erfindung dar. Die Abb.
3 erläutert an einer Kurve die Wirkungsweise der Schaltung, und die Abb.4 zeigt
eine besondere Ausbildung eines Teiles der Schaltung.
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Die Abb. i läßt eine Akkumulatorenbatterie i erkennen. Sie steht über
einen Transformator 3 und ein Entladungsgefäß 4 mit den Wechselstromspeiseleitungen
2 in Verbindung. Das Entladungsgefäß enthält zweckmäßig ein Gas, wie z. B. Quecksilberdampf
oder ein ähnliches, und besitzt die Anoden 5 und 6, die Gitter 7 und 8 und eine
Kathode 9. Der Heizstrom für die Kathode 9 wird von einem von der Wechselstromquelle
2 gespeisten Transformator io mit der'Primärwicklung-ii und der Sekundärwicklung
12 geliefert. Die Mitten der Sekundärwicklungen der Transformatoren 3 und io stehen
über die Batterie z durch eine Leitung miteinander in Verbindung. Die Gitter 7 und
8 sind an die Kathode 9 über die Batterie i und die sekundären Anzapfungen 13 und
14 des Transformators 3 angeschlossen. Mit dieser Schaltung wird erreicht, daß drei
Spännungskomponenteri an dem negativsten Teil der Kathode 9 und dem Gitter erscheinen,
daU zu jedem gegebenen Augenblick positiv geladen ist.
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So kommt es, daß, wenn der obere Endpunkt der Sekundärwicklung des
Transformators 3 positive Polarität aufweist, die Anode 5 und das Gitter 7 positiv
geladen werden. Der untere Teil der Kathode g ist dann negativ, und das Potential
zwischen diesem Teil und dem Gitter 7 ist die iesultierende Summe der einen Hälfte
der Sekundärspannung des Transformators io, der ganzen Batteriespannung und der
Spannung der Windungen, die zwischen dem negativen Endpol der Batterie und dem Anzapfpunkt
13 der Sekundärwicklung des Transformators 3 liegen. Die Batterie kann natürlich
dauernd an übertragungsleitungen 15 und 16 angeschlossen sein.
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Die Wirkungsweise der Schaltung ist nun folgende: Sobald der Stromkreis
2, gespeist wird, sind die Gitterpotentiale der Vorrichtung 4 gleich den resultierenden
Spannungen, die sich aus der .Differenz ergeben zwischen der Spannung der Batterie
und der Summe der Wechselspannungen, die an den Gitterkreisen über die Transformatoren
3 und io erscheinen. Wenn die Summe dieser Wechselspannungen der Batteriespannung
gleich ist, dann fließt kein Ladestrom zur Batterie, da die Gitterpotentiale dem
negativsten Teile der Kathode gegenüber nicht positiv werden. Sobald die Spannung
der Batterie sinkt, wird die Differenz zwischen der Batteriespannung und der Summe
der Wechselspannungen größer und vielleicht so groß, daß der Ladestromdurchgang
durch den Gleichrichter eingeleitet wird.
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Wenn die Ladung der Batterie eingeleitet ist, ist der Ladestrom verhältnismäßig
groß, da die Batteriespannung ein Minimum ist und der Ladestrom durch den Gleichrichter
in der Nähe des Anfangs jeder Halbperiode hindurchgeht. Nimmt nun die Spannung der
Batterie zu, so nimmt der Ladestrom ab, weil er in jeder Halbperiode der Anodenspannung
später und später durch den Gleichrichter hindurchgeht. Der Ladestrom wird in dem
Augenblick unterbrochen, in dem die Batteriespannung ein wenig die resultierende
Summe aus den Wechselspannungskomponenten an den Gitterkreisen überschreitet. Das
Laden der Batterie wird in der Weise gesteuert, so daß einmal das Laden eingeleitet
wird, wenn die Batteriespannung auf einen bestimmten Wert gesunken ist, und das.
andere Mal wird bei größer werdender Batteriespannung der Ladestrom nach und nach
kleiner, bis er schließlich unterbrochen wird, sobald die Batterie voll aufgeladen
ist.
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Die Abb.2 zeigt eine etwas abweichende Ausbildung der Ladeschaltung.
Hier wirkt die Batteriespannung der Wechselspannung eines Transformators io entgegen,
die an den Gitterkreisen erscheint. Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist der im
vorhergehenden beschriebenen ähnlich. Der Fall, daß die Batteriespannung der einen
Hälfte der Sekundärspannung des Transformators io entgegenwirkt, ist nur dann möglich,
wenn der Kathodenwiderstand in einer bestimmten und zweckmäßigen Beziehung zu der
Batteriespannung steht. In der Schaltung nach Abb. i spielt die Beziehung zwischen
der Batteriespannung und dem Kathodenwiderstand keine Rolle, da die Anzapfungen
13 und 14 eine Einstellung der Wechselspannungskomponenten zulassen, die an den
Gitterkreisen über den Transformator 3 erscheinen.
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Ob, die Batterie geladen oder entladen wird, dafür ist nur
die Gitterspannung maßgebend. Die Anodenspannung hat dabei wenig Einfluß. Wie im
vorhergehenden gezeigt wurde, ist die wirksame Gitterspannung, die den Ladestrom
steuert, diejenige zwischen dein
Gitter und dem negativsten Teil
der Kathode. Daher hängt die Gitterspannung von der Spannung des Wechselstromkreises
ab, und die Spannung, bei der der Ladestrom unterblochen wird, hängt deshalb bis
zu einer gewissen Grenze auch von dieser Netzspannung ab. Die Beziehung zwischen
der Netzspannung und der Batteriespannung, bei der der Strom unterbrochen wird,
ist durch die Kurve der Abb. 3 veranschaulicht.
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Angenommen, die normale Wechselstromspeisenetzspannung betrage i i5
Volt, die normale Spannung der voll aufgeladenen Batterie 6,2 Volt, so findet man,
wie es in Abb. 3 dargestellt ist, daß die Batterie auf 6,5 Volt aufgeladen wird.
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Das Laden wird unterbrochen, wenn die Netzspannung normal ist. Ist
der Ladestrom unterbrochen, so hat die Batteriespannung die Tendenz, auf 6,2 Volt
abzufallen. Das Laden wird aber immer eingeleitet, wenn die Batteriespannung auf
ungefähr 6,45 Volt gefallen ist. Wenn die Netzspannung auf i io Volt zurückgeht,
hört die Ladung der Batterie bei einer Batteriespannung von 6,2 Volt auf. Bei dieser
Spannung ist die Batterie voll geladen. Beträgt die Netzspannung i2o Volt, so wird
die Batterie auf 7 Volt geladen. Dies ist noch ein brauchbarer Wert, denn es tritt
hierbei eine leichte Gasentwicklung ein. Derartig periodische Schwankungen der 'Netzspannung
finden allgemein jeden Tag mit kleinen Unterbrechungen statt, und ihre Einwirkung
auf die Batterie ist nicht derartig, daß dadurch die Wirkung der Schaltung in Frage
gestellt würde.
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Wie im vorhergehenden erörtert wurde, wird der Ladestrom mit wachsender
Batteriespannung gemäß der Änderung des Gitterpotentials, die durch das Laden der
Batterie hervorgerufen wird, nach und nach kleiner. Man kann nun durch eine besondere
Schaltung noch den Ladestrom in seiner Größe ändern. Eine solche Schaltung ist in
Abb.4 wiedergegeben.
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Diese in der Abb.4 dargestellte Schaltung unterscheidet sich von derjenigen
der Abb.2 dadurch, daß noch eine Phasenregeleinrichtung eingebaut ist, die aus einem
Widerstand 09 und einer Kapazität i9 besteht. Sie ist zwischen dem Primärkreis des
Wechselstromspeisenetzes 2 und dem Primärstromkreis i i des Transformators io eingebaut.
Hiermit kann die Phase der Wechselspannung, die an den Gitterkreisen über den Transformator
io erscheint, gegen die Phase der Anodenspannung verschoben werden, und der Durchgang
des Ladestromes kann in jeder Halbperiode der Anodenspannung entweder vor oder nach
dem Zeitpunkt, bei dein er sonst entstehen würde, stattfinden. Es leuchtet natürlich
ein, daß das schwache Laden der Batterie auch dadurch hervorgebracht werden kann,
daß entweder die Maschen des Gitters 7 und 8 ungleich oder die sekundären Anzapfpunkte
13 und 14 einstellbar ausgebildet werden, um hiermit ungleiche Wechselspannungen
in den Stromkreisen der Gitter 7 und 8 über den Transformator 3 herstellen zu können.